PST TiAl单晶力学性能与服役行为

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51731006
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0104.金属结构材料与力学行为
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Reducing weight is the eternal theme in aeronautic and astronautic industries. The density of TiAl alloys is only 3.9g/cm3, while that of Ni-based superalloys is about 8.5g/cm3. Therefore, the replacement of Ni-based superalloys with TiAl alloys can reduce weight remarkably. However, the room temperature brittlement and low service temperature in TiAl alloys limit their application. Polysynthetic Twinned (PST) TiAl single crystals attain a considerable enhancement in strength, ductility and creep resistance, and increase the temperature at which strength drops drastically from around 650~700℃ to over 950℃, possessing a broad application prospect. In order to fully satisfy the strict performance requirements of aeronautical engine blades, this proposal will focus on the systematic study of structural stability and oxidation resistance of PST TiAl single crystals at elevated temperatures, as well as the in-depth understanding of the creep performance and fatigue behavior under various stress and temperature conditions. Furthermore, our efforts will be focused on disclosing the coarsening, spheroidization and decomposing mechanisms of the lamellars in PST TiAl single crystals. These studies are beneficial for clarifying the underlying mechanisms that control the deformation, crack initiation and crack propagation behaviors in creep and fatigue experiments. A numerical simulation model will be established for the prediction of creep and fatigue life. All these efforts will lead to the accurate assessment of the key mechanical properties as well as the service temperature range, laying the solid foundation for the practical application of PST TiAl single crystals.
减重是航空航天武器装备永恒不变的主题。TiAl合金密度只有3.9,而Ni基高温合金约为8.5,用TiAl合金替代Ni基合金减重效益显著。但TiAl合金室温脆性大和服役温度低两大难题限制了其应用范围。PST TiAl单晶实现了强度、塑性和蠕变抗力的跨越性提升,将强度急降温度由650~700℃左右提高到950℃以上,具有重要应用前景。本项目针对航空发动机叶片服役条件对材料性能的要求,系统研究PST TiAl单晶高温组织稳定性与抗氧化性能、不同温度与应力水平的蠕变行为、高低周疲劳性能等关键力学性能与服役行为。揭示片层粗化、球化及分解机制,探明PST TiAl单晶高温蠕变变形和断裂机理、疲劳裂纹萌生/扩展过程和机理,建立蠕变和疲劳寿命预测方法与模型,准确评价关键力学性能,界定可以安全使用的服役温度范围,为PST TiAl单晶的实际应用奠定坚实基础。

结项摘要

本项目针对航空发动机叶片服役条件对材料性能的要求,系统研究了PST TiAl单晶高温组织稳定性与抗氧化性能、不同温度与应力水平的蠕变行为、室温~1000℃疲劳性能等关键力学性能与服役行为。准确评价了PST TiAl单晶700~1000℃高温长时组织稳定性、抗氧化性能、蠕变和疲劳等关键力学性能,界定了PST TiAl单晶可以安全使用的长时服役温度范围;揭示了PST TiAl单晶高温长时组织退化机制为位移-扩散型相变控制的α2片层溶解,和原子短程扩散控制的120°旋转有序畴界迁移;建立了PST TiAl单晶恒温氧化动力学方程,探明了均匀腐蚀行为;发明了PST TiAl单晶抗氧化TiAlCrY涂层,阐明了Cr、Mo扩散阻挡层对TiAl/NiCrAlY涂层界面稳定性的影响规律;建立了PST TiAl单晶蠕变时间-应变量-蠕变速率曲线,阐释了表面氧化层诱导裂纹萌生和扩展的蠕变断裂机制;建立了PST TiAl单晶疲劳S-N曲线,发现软/硬片层塑性应变离域化可以显著提高疲劳性能,提出了考虑机器学习的蠕变寿命预测方法和考虑应力水平的高周疲劳寿命预测方程;发现PST TiAl单晶与已报道的所有片层材料不同的断裂行为,提出了片层材料RT判据。研究成果对轻质耐热合金以及片层材料研究具有借鉴意义,为PST TiAl单晶的实际应用奠定了坚实基础。.本项目中期完成情况综合评分为优秀。研究成果由国家自然科学基金委员会2022年简报第7期分送中共中央办公厅、全国人大常委会办公厅、国务院办公厅、全国政协办公厅,荣获2021年度国防科技进步一等奖,被评为年度十大科技进展。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(2)
专利数量(12)
Isothermal oxidation resistance and microstructure evolution of VPS-TiAlCrY coating on TiAl single crystals at 1100–1200°C
TiAl单晶VPS-TiAlCrY涂层在1100~1200℃下的等温氧化性能及微观结构演化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Corrosion Science
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Dijuan Han;Yangyang Pan;Yaran Niu;Yang Chen;Zhixiang Qi;Xi Pan;Xuebin Zheng;Guang Chen
  • 通讯作者:
    Guang Chen
受控凝固及其应用研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈光;郑功;祁志祥;张锦鹏;李沛;成家林;张中武
  • 通讯作者:
    张中武
Optimal doping elements for inhibiting surface-diffusion of adatoms on Cu3Sn
抑制Cu3Sn吸附原子表面扩散的最佳掺杂元素
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2022.155003
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Wenjie Dai;Yang Chen;Xu Liu;Henggao Xiang;Chi Xu;Gong Zheng;Guang Chen
  • 通讯作者:
    Guang Chen
Mechanical Behavior of TiAl Alloys
TiAl 合金的力学行为
  • DOI:
    10.1007/s114
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA Technological Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Henggao Xiang;Yang Chen;Zhixiang Qi;Gong Zheng;Fengrui Chen;Yuede Cao;Xu Liu;Bing Zhou;Guang Chen
  • 通讯作者:
    Guang Chen
聚片孪生TiAl单晶及其应用展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    振动、测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈光;陈奉锐;祁志祥;冯辰铭;曹月德;许昊;郑功
  • 通讯作者:
    郑功

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其他文献

血塞通调节miRNA-146影响内皮细胞凋亡的干预作用
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  • 通讯作者:
    陈光

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陈光的其他基金

第十四届全国金属材料优秀青年学者论坛
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  • 财政年份:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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